焊接性及其试验评定

　　1. 焊接：通过加热或加压，加或不加填充材料，使两个物体进行原子间的结合形成不可分割的整体的工艺过程。

　　2. 焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。

　　3. 影响焊接性的四大因素是：材料，设计，工艺及服役环境。

　　4. 评定焊接性的原则主要包括：

　　①评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理焊接工艺提供依据；

　　②评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求；设计新的焊接试验方法就符合下述原则：可比性，针对性，再现性和经济性。

　　5. 碳当量：把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标。

　　6. 斜Y型坡口对接裂纹试验：目的是主要用于鉴定低合金高强钢第一层焊缝和HAZ形成冷裂纹倾向，也可用于拟定焊接工艺。

　　1）试件制备，被焊钢材板厚δ=9-38mm。对接接头坡口用机械方法加工，试板两端各在60mm范围内施焊拘束焊缝，采用双面焊。注意防止角变形和未焊透。保证中间待焊试样焊缝处有2mm间隙。

　　2）试验条件：试验焊缝选用的焊条就与母材相匹配，所用焊条应严格烘干，焊条直径4mm，焊接电流（170±10）A，焊接电压（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min。试验焊缝可在各种不同温度下施焊，试验焊缝只焊一道，不填满坡口。焊后静置和自然冷却24h后截取试样和进行裂纹检测。

　　3）检测与裂纹条率计算。用肉眼或手持5-10倍放大镜来检测焊缝和热影响区的表面和断面是否有裂纹。一般认为低合金钢“小铁研”试验表面裂纹率小于20%时，一般不产生裂纹。

　　7. 插销试验：目的，主要评定钢材的氢致延迟裂纹倾向，附加其他设备，也可以测定再热裂纹敏感性和层状敏感性。

　　1）试件制备，将被焊钢材加工或圆柱的插销试棒，沿轧制方向取样并注明插销在厚度方向的位置。试棒上端附近有环形或螺形缺口。将插销试棒插入底板相应的孔中，使带缺口一端与底板表面平齐。

　　对于环形缺口的插销试棒，缺口与端面的距离a应使焊道熔深与缺口根部所截平面相切或相交，但缺口根部圆周被熔透的部分不得超过20%。对于低合金钢，a值在焊接热输入为E=15KJ/cm时为2mm。

　　2）试验过程，按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔一层堆焊焊道，焊道中心线通过试样的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区，焊道长度L约100-150mm。

　　施焊时应测定800-500℃的冷却时值t8/5值，不预热焊接时，焊后冷却至100-150℃时加载；焊前预热时，应在高于预热温度50-70℃时加载。

　　载荷应在1min之内且在冷却至100℃或高于预热温度50-70℃之前施加完毕。如有后热，应在后热之前加载。当试棒加载时，插销可能在载荷持续时间内发生断裂，记下承载时间。

　　合金结构钢的焊接性

　　1. 高强钢：屈服强度σs≥295MPa的强度用钢均可称为高强钢。

　　2. Mn的固溶强化作用很显著，ωMn≤1.7%时，可提高韧性，降低脆性转变温度，Si会降低塑性，韧性，Ni既固溶强化又同时提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的元素，常用于低温钢。

　　3. 热轧钢（正火钢）：屈服强度为295-490MPa的低合金高强钢，一般是在热轧或正火状态下供货使用。

　　4. 高强钢焊接接头的设计原则：高强钢以其强度作为选用依据，因而焊接接头的原则为：焊接接头的强度等于母材的强度（等强原则），分析：

　　①焊接接头强度大于母材强度，塑韧性降低，

　　②等于时寿命相当

　　③小于时，接头强度不足。

　　5. 热轧及正火钢的焊接性：热轧钢含有少量的合金元素一般情况下冷裂纹倾向不大，正火钢由于含合金元素较多，淬硬倾向有所增加，随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂纹倾向随之增大。

　　影响因素：

　　⑴碳当量

　　⑵淬硬倾向：热轧钢的淬硬倾向及正火钢的淬硬倾向

　　⑶热影响区最高硬度，热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂纹感性的一个简便的方法。

　　6. SR裂纹（消除应力裂纹，再热裂纹）：含Mo正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构，进行焊后消除应力热处理或焊后再次高温加热的过程中，可能出现另一种形式的裂纹。

　　7. 韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩展难易程度的性能。

　　8. 低合金钢选择焊接材料时必须考虑两个方面的问题：

　　①不能有裂纹等焊接缺陷

　　②能满足使用性能要求。热轧钢及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，其选用要点如下：①选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料②同时考虑熔合比和冷却速度的影响③考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响。

　　9. 确定焊后回火温度的原则：

　　①不要超过母材原来的回火温度以免影响母材本身的性能

　　②对于有回火的材料，要避开出现回火脆性的温度区间。

　　10. 调质钢：淬火+回火（高温）。

　　11. 高强钢焊接采用“低强匹配”能提高焊接区的抗裂性。

　　12. 低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题：

　　①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有自回火作用，以防止冷裂纹的产生

　　②要求在800℃-500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。低碳调质钢焊接要解决的问题：

　　①防止裂纹

　　②在保证满足高强度要求的同时，提高焊缝金属及热影响区的韧性。

　　13. 对于含碳量低的低合金钢，提高冷却速度以形成低碳马氏体，对保证韧性有利。

　　14. 中碳调质钢合金元素的加入主要起保证淬透性和提高抗回火性能的作用，而真强度性能主要还是取决于含碳量。主要特点：高的比强度和高硬度。

　　15. 提高珠光体耐热钢的热强性有三种方式：

　　①基体固溶强化，加入合金元素强化铁素体基体，常用的Cr,Mo,W,Nb元素能显著提高热强性

　　②第二相沉淀强化：在铁素体为基体的耐热钢中，强化相主要是合金碳化物

　　③晶界强化：加入微量元素能吸附于晶界，延缓合金元素沿晶界的扩散，从而强化晶界。

　　16. 珠光体耐热钢焊接中存在的主要问题是冷裂纹，热影响区的硬化，软化，以及焊后热处理或高温长期使用中的消除应力裂纹。

　　17. -10到-196℃的温度范围称为“低温”，低于-196℃时称为“超低温”。

　　不锈钢焊接

　　1. 不锈钢：不锈钢是指能耐空气，水，酸，碱，盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的合金钢的总称。

　　2. 不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀，点腐蚀，缝隙腐蚀和应力腐蚀等。均匀腐蚀，指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象；

　　点腐蚀，指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀；

　　缝隙腐蚀，在电解液中，如在氧离子环境中，不锈钢间或与异物接触的表面间存在间隙时，缝隙中溶液流动将发生迟滞现象，以至于溶液局部Cl-，形成浓差电池，从而导致缝隙中不锈钢钝化膜吸附Cl-而被局部破坏的现象；

　　晶间腐蚀，在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象；

　　应力腐蚀，指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极强的脆性开裂的现象。

　　3. 防止点腐蚀的措施：

　　1）减少氯离子含量和氧离子含量

　　2)在不锈钢中加入铬，镍，钼，硅，铜等合金元素

　　3）尽量不进行冷加工，以减少位错露头处发生点腐蚀的可能

　　4）降低钢中的含碳量。

　　4. 不锈钢及耐热钢的高温性能：475℃脆性，主要出现在Cr＞13%的铁素体，430-480℃之间长期加热并缓冷，导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降；σ相脆化，是Cr的质量分数的45%的典型，FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。

　　5. 奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性：

　　1）晶间腐蚀

　　2）热影响区敏化区晶间腐蚀

　　3）刀状腐蚀

　　6. 防止焊缝发生晶间腐蚀的措施：

　　1）通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或者含有足够的稳定化元素Nb。

　　2）调整焊缝成分获得一定δ相。晶间腐蚀理论本质上就是贫铬理论。

　　7. 热影响区敏化区晶间腐蚀：指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀。

　　8. 刀状腐蚀：在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为“刀状腐蚀”。

　　9. 防止刀状腐蚀措施：

　　①选用低碳母材和焊接材料

　　②采用又相组织的不锈钢

　　③采用小电流焊接，减少焊接粗晶区的过热程度及宽度

　　④与腐蚀介质接触的焊缝最后焊接

　　⑤交叉焊接

　　⑥加大钢中Ti,Tb含量，使焊接粗晶区的晶粒边界有足够的Ti,Tb与碳化合。

　　10. 不锈钢为什么采用小电流焊接？以减小焊接热影响区的温度，防止焊缝晶间腐蚀的产生，防止焊条，焊丝过热，焊接变形，焊接应力，可以减少热输入等。

　　11. 引起应力腐蚀开裂的三个条件：环境，选择性的腐蚀介质，拉应力。

　　12. 防止应力腐蚀开裂的措施：

　　1）调整化学成分，超低碳有利于提高抗应力腐蚀的能力，成分与介质的匹配问题

　　2）清除焊接残余应力

　　3）电化学腐蚀，定期检查及时修补等。

　　13. 为提高耐点蚀性能：

　　1）一方面必须减少Cr,Mo的偏析

　　2）一方面采用较母材更高Cr，Mo含量的所谓“超合金化”焊接材料。

　　14. 奥氏体不锈钢焊接时会产生热裂纹，应力腐蚀裂纹，焊接变形，晶间腐蚀。

　　15. 奥氏体钢焊接热裂纹的原因：

　　1）奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，拉应力致大

　　2）奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析

　　3）奥氏体钢合金组成较复杂，易溶共晶。

　　16. 防止热裂纹措施：

　　①严格限制母材和焊接材料中的P，S含量

　　②尽量使焊缝形成双相组织

　　③控制焊缝的化学成分

　　④小电流焊接。

　　17. 18-8型和25-20型在防止热裂纹时其焊缝组织有何不同？18-8型钢焊缝形成A+δ组织，δ相可以溶解大量的P,S，δ相一般为3%-7%，25-20型钢焊缝形成A+一次碳化物组织。

　　18. 奥氏体不锈钢选材时应注意：

　　①坚持“适用性原则”

　　②根据所选各焊材的具体成分确定是否适用

　　③考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小

　　④根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度

　　⑤要重视焊缝金属合金系统，具体合金成分在该合金系统中的作用，考虑使用性能要求和工艺焊接性要求。

　　19. 铁素体不锈钢焊接性分析：

　　1）焊接接头的晶间腐蚀

　　2）焊接接头的脆化，高温脆化，σ相脆化，475℃脆化。

　　铸铁焊接

　　1. 铸铁的三大特点：减振性，吸油性，耐磨性。

　　2. 铸铁的性能主取决于石墨的形状，大小，数量和分布等，同时基体组织也有一定的影响。

　　3. 球墨铸铁：F基体+圆球状石墨；灰口铸铁：F基体+片状石墨；蠕墨铸铁：基体+蠕虫状石墨；可锻铸铁：F基体+团絮状石墨。

　　4. 低碳钢焊条是否可以焊接铸铁？不可以，在焊接时，即使小电流，母材在第一道焊缝中所占的比例为25%-30%，若依铸铁中C=3%计算，第一道焊缝中的含碳量为0.75%-0.9%，属于高碳钢，焊接冷却后立即出现高碳马氏体，且焊接HAZ会出现白口组织，机械加工困难。

　　5. 电弧热焊：熔铸件预热到600-700℃，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于400℃，为防止焊接过程中开裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷，此铸铁焊补工艺称为电弧热焊。

　　6. 半热焊：预热温度在300-400℃时称为半热焊。